JP2010107466A - 欠陥検査装置及び欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板のパターン形成面の下地層の影響を低減した回路パターン形状の良否を判別することができる欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供する。
【解決手段】欠陥検査装置２０は、開口絞り４と対物レンズ９を介して基板１０の繰り返しパターンに光源１からの光を照射する際に、開口絞り４の開口部４ａが照明光学系２１の光軸に直交する面内で光が繰り返しパターンからの正反射光の強度が最小となる角度で入射するように位置が変更可能な照明光学系２１と、基板１０の繰り返しパターンに起因して生じた複数次数の回折光による対物レンズ９の瞳面の像を検出する検出光学系２２と、得られた瞳像から基板１０の繰り返しパターンの欠陥を検出する検出部２３を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、欠陥検査装置及び欠陥検査方法に関する。

従来、半導体回路素子や液晶表示素子の製造工程では、半導体ウェハや液晶基板（以下「試料」という）の表面のレジスト層に形成されたパターンの欠陥の検査が行われており、このような欠陥検査の方法においては、光の反射を利用したものが知られている。これは、試料表面に照射した光が、試料のパターン形状の変化により得られる回折光の反射強度が異なるため、その表面で反射若しくは回折する光の強度変化を読み取り欠陥検査を行う方法である（例えば、特許文献１参照）。
ＷＯ ２００５／０６４３２２

しかしながら、このような試料は、回路パターンの形成されたレジスト層である表面層と、下地層から構成されているため、試料表面に照射された光が、下地層を透過し、その透過した光が反射して、試料の表面層に到達し、表面層からの反射光若しくは回折光と下地層からの反射光若しくは回折光とが干渉を起し、表面層からの光の強度が変化してしまい、欠陥の有無を正確に判定することができないという課題があった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、試料の下地層の影響を排除して容易に欠陥検査を行うことができる欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本願発明に係る欠陥検査装置は、繰り返しパターンが形成された基板の欠陥を検査する欠陥検査装置であって、対物レンズを含み、この対物レンズを介して基板に形成された繰り返しパターンに光源からの光を照射する照明光学系と、繰り返しパターンに起因して生じた複数次数の回折光による、対物レンズの瞳面の像を検出する検出光学系と、得られた瞳像から基板の繰り返しパターンの欠陥を検出する検出部と、を有し、照明光学系は、瞳面と共役な位置に配置された開口絞りと、開口絞りと対物レンズとの間に配置された偏光素子と、を含み、開口絞りの開口部は、照明光学系の光軸に直交する面内において、偏光素子を経た光が繰り返しパターンに対してこの繰り返しパターンからの正反射光の強度が最小となる角度で入射するように、その位置が変更可能に構成されることを特徴とする。

このような欠陥検査装置において、偏光子は、光軸回りに回転させることにより、直線偏光の偏光方向を変化可能に構成され、検出部は、第１の偏光方向の光による瞳面の像の輝度値と、第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向の光による瞳面の像の輝度値と、から補正された輝度値を算出し、当該補正された輝度値により基板の繰り返しパターンの欠陥を検出するように構成されることが好ましい。

このとき、第１の偏光方向はＰ偏光及びＳ偏光のいずれか一方であり、第２の偏光方向はＰ偏光及びＳ偏光の他方であって、検出部は、Ｐ偏光による瞳面の像の輝度値をＥｐとし、Ｓ偏光による瞳面の像の輝度値をＥｓとし、定数をα，β，γとし、瞳面の像の補正後の輝度値をＥ′としたとき、次式
Ｅ′ ＝ α×（β×Ｅｐ−γ×Ｅｓ）
により補正後の輝度値を算出するように構成されることが好ましい。

また、このような欠陥検査装置において、照明光学系は、基板に形成された繰り返しパターンに照射される光源からの光の波長域を選択する波長選択部を有することが好ましい。

また、本発明に係る欠陥検査方法は繰り返しパターンが形成された基板の欠陥を検査する方法であって、対物レンズを含む照明光学系を介して基板に形成された繰り返しパターンに対して所定の直線偏光からなる光を、繰り返しパターンからの正反射光の強度が最小となる角度で照射する照明工程と、繰り返しパターンに起因して生じた複数次数の回折光による、対物レンズの瞳面の像を検出する撮像工程と、得たれた瞳像から基板の繰り返しパターンの欠陥を検出する検出工程と、を有することを特徴とする。

このような欠陥検査方法において、偏光子は、光軸回りに回転させることにより、直線偏光の偏光方向を変化可能に構成され、検出工程は、第１の偏光方向の光による瞳面の像の輝度値と、第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向の光による瞳面の像の輝度値と、から補正された輝度値を算出し、当該補正された輝度値により基板に形成された繰り返しパターンの欠陥を検出するように構成されることが好ましい。

このとき、第１の偏光方向はＰ偏光及びＳ偏光のいずれか一方であり、第２の偏光方向はＰ偏光及びＳ偏光の他方であって、検出工程は、Ｐ偏光による瞳面の像の輝度値をＥｐとし、Ｓ偏光による瞳面の像の輝度値をＥｓとし、定数をα，β，γとし、瞳面の像の補正後の輝度値をＥ′としたとき、次式
Ｅ′ ＝ α×（β×Ｅｐ−γ×Ｅｓ）
により補正後の輝度値を算出するように構成されることが好ましい。

また、このような欠陥検査方法において、照明光学系は、基板に形成された繰り返しパターンに照射される光の波長域を選択する波長選択部を有し、照明工程においてこの光の波長域を選択して基板に形成された繰り返しパターンに照射することが好ましい。

本発明に係る欠陥検査装置及び欠陥検査方法によれば、被検査基板（試料）の下地層による影響を排除して、この被検査基板（試料）上に形成された回路パターン形状の良否判定を行うことができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態の一例である欠陥検査装置２０の概要を示す図であり、光軸を通る面内での断面模式図として表している。

欠陥検査装置２０は、光源１と、ステージ１１上に載置された基板であるウェハ１０に光源１から放射された照明光を、対物レンズ９を介して照射する照明光学系２１と、ウェハ１０で反射された光を集光する検出光学系２２と、この検出光学系２２で集光された像のうち、対物レンズ９の瞳像を検出する第１撮像素子１７と、ウェハ１０の像を検出する第２撮像素子１８と、第１撮像素子１７で撮像された瞳像からウェハ１０の欠陥を検出する検出部２３と、を有して構成される。この欠陥検査装置２０は、半導体回路素子の製造工程において、ウェハ１０の表面に形成された検査パターンの検査を自動で行う装置である。ウェハ１０は、最上層のレジスト膜への露光、現像後、図示しない搬送系により、図示しないウェハカセットまたは現像装置から運ばれ、ステージ１１に吸着される。

照明光学系２１は、光源１側から順に、コンデンサーレンズ２、干渉フィルタを含む照度均一化ユニット３、開口絞り４、第１視野絞り５、リレーレンズ６、偏光子７、ハーフミラー８、及び、対物レンズ９を有し、光軸上にこの順で並んで配置されている。ここで、この照明光学系２１において、光源１から放射された照明光は、ハーフミラー８で反射された後、対物レンズ９を介してウェハ１０に導かれるように構成されている。また、この照明光学系２１の光軸は、検出光学系２２の光軸と略一致するように配置され、ウェハ１０を同軸落射照明するように構成されている。また、ステージ１１は、この同軸落射照明の光軸をｚ軸として、ｚ軸に垂直な面内においてこのｚ軸を通りそれぞれ直交する軸をｘ軸，ｙ軸とすると、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向に移動可能で、かつ、ｚ軸の回りに回転可能に構成されている。また、光源１は、水銀ランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、白色発光ダイオード（白色ＬＥＤ）などであり、特に、白色ＬＥＤは、水銀ランプ、メタルハライドランプと比較して、安価であり、発熱も少なく、長寿命であるため、扱いやすい光源であり、好ましい。

一方、検出光学系２２は、ハーフミラー８及び対物レンズ９を照明光学系２１と共用し、ウェハ１０側から順に、対物レンズ９、ハーフミラー８、検光子１２、第１結像レンズ１３、ハーフプリズム１４、第２結像レンズ１５、及び、第２視野絞り１６を有し、光軸上にこの順で並んで配置されている。ここで、ウェハ１０で反射された光は、ハーフミラー８を透過し、さらに検光子１２を透過して第１及び第２撮像素子１７，１８に導かれるように構成されている。また、第１撮像素子１７は第１結像レンズ１３で集光され、ハーフプリズム１４を透過した光をさらに第２結像レンズ１５で集光して検出する位置に配置されており、第２撮像素子１８は第１結像レンズ１３で集光され、ハーフプリズム１４で反射された光を検出する位置に配置されている。この検出光学系２２において、第１撮像素子１７は、対物レンズ９の瞳面の像を検出する位置、すなわち、対物レンズ９の瞳面と共役な位置に配置されており、また、第２撮像素子１８は、ウェハ１０の像を検出する位置、すなわち、ウェハ１０の表面と共役な位置に配置されている。また、第２視野絞り１６は、ウェハ１０の表面と共役な位置に配置されている。そして、第１撮像側に配置された着脱可能な照明部（不図示）によって、第２視野絞り１６を照明することで、ウェハ１０から反射してくる第２視野絞り１６の像を、第２撮像素子１８で撮像することで、第１撮像素子１７で検出するウェハ上の領域を、第２撮像素子１８の撮像位置に換算する。この第１及び第２撮像素子１７，１８で検出された対物レンズ９の瞳面の像およびウェハ１０の像は、それぞれ検出部２３を介して、モニター１９で観察できる。従って、第２撮像素子１８により検出した像をモニター１９を介して観察すると、ウェハ１０上のどの位置に照明光が照射されているかを確認することができる。

なお、照明光学系２１に配置された偏光子７及び検出光学系２２に配置された検光子１２はそれぞれ、この欠陥検査装置２０に着脱可能に構成されており、観察対象（ウェハ１０）の状態に応じて光軸上に挿抜することができる。なお、この偏光子７は、図示しないアクチュエータが設けられており、検出部２３からの制御により光軸回りに回転可能に構成されている。そのため、ウェハ７の欠陥検査を行う際に、検出部２３から制御することで、光源１から放射された照明光をＰ偏光状態又はＳ偏光状態の光にしてウェハ１０に照射することができる。

また、開口絞り４、及び第１視野絞り５の開口部については、それぞれ、その大きさ（特に、光軸とこの開口部とを結ぶ直線方向の径の大きさ）及び光軸に直交する面内での位置を変化させることができる構造となっている。そのため、開口絞り４の開口部の位置を変化させると、ウェハ１０に照射される照明光の入射角が変化し、また、第１視野絞り５の開口部の大きさ及び位置を変化させると、ウェハ１０の表面に照射される照明領域の大きさ（照明の範囲）と位置を変化させることができる。また、開口絞り４の開口部の大きさを変化させると、瞳面における回折像の大きさを変化させることができる。

このように、この欠陥検査装置２０は、開口絞り４の開口部の位置を変化させることにより、照明光を偏斜して、ウェハ１０の表面に照明光を照射する際の入射角を変えることができる。そこで、本実施の形態においては、後述するように、この開口絞り４の開口部の位置を変えることにより、ウェハ１０の表面に照明光を照射する際の入射角を変え、偏光子７でＰ偏光成分に揃えた照明光のウェハ１０表面からのエネルギー反射率が最小となる角度若しくはそれに近い角度を求めて、そのようなエネルギー反射率の得られる開口絞り４の開口部の位置を設定するようになっている。

このような構成の欠陥検査装置２０において、光源１から放射された照明光は、コンデンサーレンズ２で集光され、照度均一化ユニット３で照度が均一化された後、開口絞り４に照射される。そして、開口絞り４の開口部を通過した照明光は、第１視野絞り５を通過してリレーレンズ６でコリメートされ、偏光子７で直線偏光状態の光に変換された後、ハーフミラー８で反射されて対物レンズ９に導かれる。ここで、開口絞り４及び対物レンズ９の瞳面は、第１リレーレンズ６を挟んで、それぞれこの第１リレーレンズ６の焦点距離の略２倍の位置に配置されている。そのため、開口絞り４の開口部の像が対物レンズ９の瞳面上若しくはその近傍に結像され、さらに、対物レンズ９で集光されてウェハ１０に照射される。すなわち、開口絞り４と対物レンズ９の瞳面とは共役関係となっている。

そして、対物レンズ９によりウェハ１０に照射された照明光は、このウェハ１０の表面（試料面）で反射して再度対物レンズ９で集光される。このとき、ウェハ１０で反射された開口絞り４の開口部の像は、対物レンズ９の瞳面（若しくはその近傍）に結像するが、ウェハ１０に形成された繰り返しパターン（以降の方法により検査される検査パターン）による回折光も発生して同様に瞳面に結像する。そのため、例えば、開口絞り４に、図２（ａ）に示すような円形形状の開口部４ａが、この開口絞り４の外周部近傍に形成されている場合、図３（ａ）に示すように、対物レンズ９の瞳面（図３（ａ）はこの瞳面の像ＰＩを示す）において、開口部４ａの回折像４０が、回折次数に応じてこの次数の順で並んで結像される。なお、この回折像４０が並ぶ方向は、光軸及び開口絞り４で偏斜された照明光の中心線を含む面と、瞳面とが交差する線上である。そして、回折次数が０次の回折像（反射像）は、対物レンズ９の瞳面上において、開口絞り４の開口部４ａに対応する位置及び範囲に結像され、１次，２次・・ｎ次の回折像は、上述のように並んで結像される（図３（ａ））。このとき、０次（反射光による像）〜ｎ次のそれぞれの回折像が重ならないようにするために開口絞り４の開口部４ａの径の大きさを調整する。例えば、上述のように、開口絞り４に円形の開口部４ａが形成されている場合、この開口部４ａの開口径（寸法）Ｒａの大きさを変化させ、瞳面に形成された回折像が互いに重ならないように調整する。

なお、開口絞り４に形成する開口部の形状は円形に限定されることはなく、例えば、図２（ｂ）に示す開口部４ａ′のように矩形形状にしても良い。この場合も上述の円形形状の開口部４ａと同様に、図３（ｂ）に示すように回折次数に応じた回折像４０′が、この次数の順で対物レンズ９の瞳面（瞳像ＰＩ）上に並んで結像される。またこのとき、開口部４ａ′の、光軸とこの開口部４ａ′とを結ぶ直線方向に延びる辺の長さＳｂを調整することにより、瞳面上に並んで結像された回折像４０′が重ならないように調整することができる。

また、このような矩形形状の開口部４ａ′を有する場合、上記寸法Ｓｂで示す辺と直交する方向に延びる辺の寸法Ｌｂは、寸法Ｓｂより、大きく設定されるのが好ましい。これは、このような形状の開口部４ａ′の像の輝度は、中心から照明光が試料面に入射する方向と直交する方向に徐々に広がって低くなっていくので、回折像の中心部で得られる輝度の高い範囲を確保するためである。なお、以降では、円形の開口部４ａを有する開口絞り４を用いた場合について説明する。

また、ウェハ１０の表面（試料面）に対して照明光が照射される位置は、ステージ１１をｘｙ軸方向に移動させて調整し、照明光を照射する角度は、上述のように開口絞り４及び第１視野絞り５の開口部の位置及び大きさを調整し（例えば、図２に示すように、光軸からの位置Ｄａ，Ｄｂを調整し、径Ｒａ，Ｓｂを調整する）、検査対象であるウェハ１０に形成された繰り返し（検査）パターンの周期方向に対して照射する方向（繰り返しパターンに対する照明光の方位角）はステージ１１を回転させて調整する。また、対物レンズ９の焦点上にウェハ１０の試料面を移動させるときは、ステージ１１をｚ軸方向に移動させて調整する。さらに、照明光の波長域は、照度均一化ユニット３の干渉フィルタにより調整する。

欠陥検査装置２０を以上のような構成とすると、対物レンズ９の瞳面（若しくはその近傍）に形成される瞳像ＰＩを第１撮像素子１７で撮像することにより、ウェハ１０の表面で反射して対物レンズ９の瞳面に結像する開口絞り４の開口部４ａの複数次数の回折像を検出することができ、検出部２３は、複数次数の回折像を用いて、検査対象であるウェハ１０に形成された繰り返しパターン（検査パターン）の良否を判定することができる。具体的には、第１撮像素子１７により撮像された良品パターンからなるウェハ１０による瞳像を基準像として検出部２３に接続された記憶部２４に記憶しておき、検出部２３によりこの基準像を読み出し、検査対象であるウェハ１０による瞳像を検出像として検出し、検出像と基準像とを比較してその違いを検出することにより、検査対象のウェハ１０の欠陥を検出する。なお、この検出部２３による欠陥の検査方法としては、例えば、基準像と検出像との画素毎の階調値（瞳像における輝度値は、複数段の階調（デジタル量）として検出されるため、以降の説明では「階調値」と呼ぶ）の差を比較し、ある画素においてその差が所定の閾値を超えたときに欠陥があると判定するようにしても良い。このように、ウェハ１０による対物レンズ９の瞳面の像の輝度値（階調値）を求め、予め計測され記憶された良品試料による対物レンズ９の瞳面の像の輝度値（階調値）と比較することにより欠陥検査が行われるので、より短時間で計測が可能となる。

ここで、ウェハ１０の表面にはレジスト層が形成され、このレジスト層に図４（ａ）に示すような複数のショット領域１００ａが配列されており、このショット領域１００ａの中には検査すべき繰り返しパターン１００ｂ（図４（ｂ）参照）が形成されている。なお、この繰り返しパターン１００ｂは、図４（ｂ）ではホールパターンである場合を示しているが、ラインアンドスペースパターン（Ｌ＆Ｓパターン）であってもよい。ウェハ１０のパターン１００ｂは、一定の工程を経て形成されており、断面視によると、図５で示すような検査パターンとして表面層１０ａに形成されている。また、このウェハ１０は、表面層（レジスト層）１０ａ以外にその下に設けられた下地の層１０ｂを有して構成されている。そして、このウェハ１０の表面層（レジスト層）１０ａに照射された光は、下地の層１０ｂを透過し、透過した光が、例えば、この下地の層１０ｂの下方にある別の層１０ｃとの境界で反射若しくは回折してウェハ１０の表面層１０ａに到達する。このとき、ウェハ１０の下地の層１０ｂに膜厚ムラ（下地の層１０ｂの厚み方向Ｄに設計値に対して一定のバラツキ）があると、この膜厚ムラを反映した干渉（表面層１０ａで反射若しくは回折した光と、下地の層１０ｂを透過して反射若しくは回折した光との干渉）が生じ、ウェハ１０の表面から出射する光（瞳面上の複数の回折次数に応じた回折像）の強度が変化する。この膜厚ムラのある下地の層１０ｂからの反射光若しくは回折光の影響は無視できず、本来、下地の像１０ｂを透過せず表面層１０ａで反射若しくは回折した光と、膜厚が設計値どおりの下地の層１０ｂを透過して反射若しくは回折した光との干渉による瞳面上も複数の回折次数に応じた回折像の強度とは異なってしまう。なお、下地の層１０ｂを経ずに表面層１０ａで反射若しくは回折した光と下地の層１０ｂを透過した後、表面層１０ａで反射若しくは回折した光との間で干渉が生じるが、回折次数ごとに、複数の照明領域（ウエハ全面に相当）の回折像を繋ぎ合わせた合成画像を生成してみると、下地の層１０ｂに膜厚ムラがあると、干渉縞が現れる。

このように、繰り返しパターン（パターン１００ｂ）の形状変化（欠陥）に伴う反射光若しくは回折光の強度に変化があったにもかかわらず、下地の層１０ｂの膜厚ムラに起因して干渉状態に変化が生じてしまう。そうすると繰り返しパターンが不良品であるにも関わらず、瞳面上の複数の回折次数に応じた回折像の輝度値から良品と判断してしまい、欠陥の検出漏れ（見落とし）の原因となってしまう。そこで、本実施の形態の欠陥検査装置２０では、検出部２３において、第１撮像素子１７で撮像した瞳面の画像からウェハ１０の欠陥検査を行う際に、ウェハ１０の下地の層１０ｂの膜厚ムラの影響を除去して、欠陥検査を行うようになっている。以下、下地の層１０ｂの膜厚ムラの影響を除去する方法について説明する。

本実施形態の欠陥検査装置２０において、光源１から放出された光は、偏光子７により、Ｓ偏光又はＰ偏光成分からなる直線偏光に変換される。そして、そのＳ偏光又はＰ偏光成分の光に変換された照明光がウェハ１０の表面に、ある入射角度で入射されると、その照明光は、ウェハ１０の表面において反射若しくは回折された光となり、その反射若しくは回折された光は、上述したように、対物レンズ９の瞳面に結像され、検出光学径２２を介して第１撮像素子１７により当該瞳面の像として開口絞り４の開口部の像（回折像）が撮像される。このとき、第１撮像素子１７で撮像された瞳像は、Ｓ偏光又はＰ偏光成分に揃えられた光を照明光として用いて撮像された像であり、ウェハ１０の下地の層１０ｂの膜厚ムラの影響を受けた干渉による強度変化を含んだ像となっている。そして、この干渉による強度変化は、Ｐ偏光又はＳ偏光の照明光のいずれにおいても、同一入射角、同一波長の条件においては、同一となる。そこで、このＳ偏光又はＰ偏光の照明光によってそれぞれ得られた瞳像に含まれる開口部の回折像の輝度値（階調値）を用いて、膜厚ムラの影響を受けた干渉による強度変化を低減することができる。

このようにして、下地の層１０ｂの膜厚ムラの影響を除去するが、その前に、ウェハ１０の表面に入射する照明光の入射角を決定する工程について説明する。ウェハ１０の表面への入射角を決定するには、基準試料（良品試料）を用いて以下の工程におい決定する。ここで、入射角の変更は、上述したように開口絞り４の開口部の位置によって、容易に変更することができるようになっている。

図５で示すように、ウェハ１０は、表面層１０ａにパターン１００ｂが形成されている。この表面層（レジスト層）１０ａにＳ偏光又はＰ偏光成分からなる照明光ＩＬが、ある角度（入射角θ１）で入射すると、その時のＳ偏光又はＰ偏光の光のエネルギー反射率は、それぞれ、次式（１）又は（２）で表される。ここで、ＲｐはＰ偏光の光のエネルギー反射率であり、ＲｓはＳ偏光の光のエネルギー反射率であり、θ２は、ウェハ１０の最上層（表面層１０ａ）の物質の屈折角である。そして、この屈折角θ２は、入射角θ１、物質の屈折率及びスネルの公式により決定される値である。

Ｒｐ＝ｔａｎ²（θ１−θ２）／ｔａｎ²（θ１＋θ２） （１）
Ｒｓ＝ｓｉｎ²（θ１−θ２）／ｓｉｎ²（θ１＋θ２） （２）

式（１）において、θ１＋θ２＝π／２のとき、Ｒｐ＝０である。Ｒｐが０であるということは、ウェハ１０の表面層１０ａで反射せずに全ての光が透過することを意味しており、この時の入射角θ１が、所謂ブリュスター角（θＢ）といわれているものである。図６は、入射角θ１に対しての式（１），（２）のエネルギー反射率Ｒｐ，Ｒｓの値をプロットしてグラフ化したものである。ここで、ブリュスター角は、屈折率の異なる物質の界面で反射される光（反射光Ｒｅ）が完全に偏光となる入射角度である。

ところで、式（１），（２）は、下地の層１０ｂのない場合の理論式となっており、実際には、ウェハ１０は、図５で示すように、下地の層１０ｂ等を有するものである。従って、ブリュスター角（θＢ）は、式（１），（２）で算出される値からずれた値となる。そこで、本実施の形態では、式（１），（２）において、開口絞り４の開口部の位置を変化させて、基準試料（良品試料）におけるＰ偏光のエネルギー反射率Ｒｐが略最少となる入射角またはそれに近い入射角を求め、基準の入射角θ１とする。つまり、開口絞り４の開口部の位置を変化させて、その際のウェハ１０の表面からのエネルギー反射率Ｒｐ（反射光量）を求め、エネルギー反射率Ｒｐ（反射光量）が略最小となる開口部の位置を特定して、入射角θ１として決定する。

このようにして求めた入射角θ１は、この入射角θ１において入射したＰ偏光の光のエネルギー反射率ＲｐとＳ偏光の光のエネルギー反射率Ｒｓとの差が最大となる入射条件となっており、これは、下地の層１０ｂの膜厚ムラによるエネルギー反射率変化が最も反映された入射条件となっていると言える。つまり、Ｐ偏光の光のエネルギー反射率Ｒｐが最小となる角度（入射角θ１）では、Ｓ偏光の光のエネルギー反射率ＲｓはＰ偏光の光のエネルギー反射率Ｒｐに比べて下地の層１０ｂの膜厚ムラの影響を受けやすい条件となっている。これは、Ｓ偏光の光によるエネルギー反射率Ｒｓが、Ｐ偏光の光のエネルギー反射率Ｒｐに比べて高いため、Ｓ偏光の光によるエネルギー反射率Ｒｓの方が、Ｐ偏光の光のエネルギー反射率Ｒｐと比べて下地の層１０ｂの膜厚ムラによる反射率変化が大きくなるからである。そして、Ｓ偏光、Ｐ偏光の光のいずれにおいても、同一の入射角、及び同一の波長の条件では、下地の層１０ｂの膜厚ムラを反映した干渉による強度変化が略同一の状態となるので、本実施形態では、これらの事実を利用して、下地の層１０ｂの膜厚ムラの影響を受けた干渉による強度変化の補正を行うようになっている。

つまり、まず、基準試料（良品試料）を用いて、上述のように開口絞り４の開口部の位置を変化させ、光源１からの光を偏光子７でＰ偏光成分に揃え、ウェハ１０の表面に入射させて第１撮像素子１７で撮像し、その像から検出部２３においてウェハ１０の面で回折若しくは反射した光のエネルギー反射率Ｒｐ（反射光量）を測定し、その値が最小となる入射角θ１を決定し、その入射角θ１となるように開口絞り４の開口部の位置を設定する。次に、検査対象のウェハ１０をステージ１１上に載置した後、このステージ１１を移動させて、ウェハ１０の面内において照明光が照射される位置を測定したい位置にする。そして、その位置において、検出部２３により偏光子７を回転させ、Ｐ偏光及びＳ偏光のいずれか一方に揃った照明光をウェハ１０の表面に入射角θ１で照射して、第１撮像素子１７でウェハ１０の表面で反射若しくは回折して対物レンズ９の瞳面に結像した開口絞り４の開口部の像（瞳像）を撮像し、さらに、検出部２３により偏光子７を回転させて、Ｐ偏光及びＳ偏光の他方に揃った照明光をウェハ１０の表面に入射角θ１で照射して、第１撮像素子１７で開口絞り４の開口部の像（瞳像）を撮像する。

このとき、このＰ偏光成分に揃えた照明光での瞳像に形成された開口絞り４の開口部の像の輝度値をＥｐ、Ｓ偏光成分に揃えた照明光での瞳像に形成された開口絞り４の開口部の像の輝度値をＥｓとし、以下の式（３）に基づいて、検出部２３で、その輝度値Ｅｐ，Ｅｓを用いて補正された輝度値Ｅ′（以下、「補正後の輝度値Ｅ′」と呼ぶ）が求められる。ここで、α，β，γは定数であり、検査対象であるウェハ１０により決定される値である。具体的には、この定数α，β，γは、基準試料（良品試料）の面内において、複数のポイントを指定し、そのポイント毎にＰ偏光又はＳ偏光成分に揃えられた照明光のそれぞれにおける輝度値Ｅｐ，Ｅｓを求め、定数α，β，γに適当な係数を設定して、式（３）にて補正後の輝度値Ｅ′を算出し、ウェハ１０の下地の層１０ｂの膜厚ムラにより変化している輝度値が最も均一となるところを定められたものである。すなわち、補正後の輝度値Ｅ′が、最も干渉による強度変化が低減された値となるように設定されている。また、補正にあたり、回折次数はパターン変化に対して感度のあること若しくは膜厚ムラによる輝度値変化が小さいという条件から選択してやればよい。それぞれ、Ｐ偏光、Ｓ偏光で最適な次数の組み合わせを選択すればよい。

Ｅ′ ＝ α×（β×Ｅｐ−γ×Ｅｓ） （３）

上述のように、Ｓ偏光またはＰ偏光成分に揃えられた照明光は、同一の入射角、及び同一の波長の条件とすることにより、下地の層１０ｂの膜厚ムラを反映した干渉による強度変化は略同一の状態として得られる。このため、定数α，β，γに最適な値を選定することにより、ウェハ１０の表面からの反射若しくは回折される光による第１の撮像素子１７で検出される対物レンズ９の瞳像に含まれる開口部の像の輝度値が式（３）により補正され、この補正後の輝度値Ｅ′は、下地の層１０ｂの膜厚ムラに起因する干渉による強度変化の影響が低減された値となる。そして、この補正後の輝度値Ｅ′が、基準試料（良品試料）の輝度値と比較されることにより、ウェハ１０の検査パターンの欠陥検査が可能となる。

以上の欠陥検査装置２０においては、Ｓ偏光及びＰ偏光成分のいずれかからなる直線偏光状態に揃えられた光は、同一の波長である場合において、Ｓ偏光成分の照明光による輝度値Ｅｓが下地の層１０ｂの影響を受けやすいとの前提から、式（３）で補正された補正後の輝度値Ｅ′は、Ｐ偏光の光に揃えた照明光による瞳像の輝度値Ｅｐを、Ｓ偏光の光に揃えた照明光による瞳像の輝度値Ｅｓで補正することを意味しており、補正後の輝度値Ｅ′は、補正後のＰ偏光に揃えた照明光による輝度値Ｅｐ′となる場合で説明している。しかし、これに限らず、下地の層１０ｂの膜厚ムラの影響を受けた干渉による強度変化の状態が、逆転する波長のＳ偏光又はＰ偏光成分からなる照明光であってもよい。つまり、補正後の輝度値Ｅ′は、下地の層１０ｂの影響を受けやすい偏光成分の照明光による輝度値と、あまり受けない方の偏光成分の照明光による輝度値とで、式（３）により求めることも可能である。

なお、以上の説明においては、欠陥検査装置２０の、光源１からの光をＳ偏光又はＰ偏光成分に揃える偏光子７は、検出部２３により制御され、欠陥検査の間に自動で、切り替える（回転させる）ことができるようになっている場合について説明しているが、手動で行うように構成してもよい。

また、本実施の形態の欠陥検査装置２０においては、照度均一化ユニット３は、光源１から放射されウェハ１０に照射される照明光の波長を選択する干渉フィルタを含んだ波長選択部としての機能を有している場合を示しているが、この干渉フィルタを含まないものとして構成してもよい。その場合は、光源１からの光は、複数の波長域を含んだ照明光となるので、この照明光を使用する場合は、ウェハ１０に照射して得られた反射若しくは回折した光による瞳像を受光する際に、例えば、第１撮像素子１７と第２視野絞り１６との間に光路分割素子やカラーフィルターなどを設置しておき、Ｒ，Ｇ，Ｂの波長域毎に分けて受光されるようにしておいてもよく、受光された波長域毎に、上述の式（３）により補正し、補正後の輝度値Ｅ′を求めることができる。そして、その補正後の輝度値Ｅ′により、同様に、ウェハ１０の欠陥検査が行うことができる。この補正後の輝度値Ｅ′は、下地の層１０ｂの膜厚ムラに起因する干渉の強度変化を低減した値であるので、検査パターンが正常な範囲（良品範囲）内であるにも関わらず、その膜厚ムラに起因した干渉により、欠陥品とみなされてしてしまうことを防止することができる。

欠陥検査装置の構成を示す断面模式図である。 開口絞りの構成を示す説明図であって、（ａ）は略円形の開口部が形成された開口絞りを示し、（ｂ）は略矩形の開口部が形成された開口絞りを示す。 図２に示す開口絞りの開口部の像が形成された対物レンズの瞳像を示す説明図であって、（ａ）は図２（ａ）の開口絞りを使用した場合を示し、（ｂ）は図２（ｂ）の開口絞りを使用した場合を示す。 欠陥検査の対象であるウェハの一例であり（ａ）はウェハのショット領域を示し、（ｂ）はショット領域の検査パターンを示す模式図である。 Ｓ偏光又はＰ偏光の偏光成分におけるエネルギー反射率と入射角との関係を示す模式図である。 ウェハの表面に照明光が入射した時の入射角と屈折角を説明するための一部断面模式図である。

符号の説明

１ 光源 ４ 開口絞り ４ａ 開口部 ９ 対物レンズ
１０ ウェハ（基板） １７ 第１撮像素子 ２０ 欠陥検査装置
２１ 照明光学系 ２２ 検出光学系 ２３ 検出部

Claims (8)

1. 繰り返しパターンが形成された基板の欠陥を検査する欠陥検査装置であって、
   対物レンズを含み、前記対物レンズを介して前記基板に形成された繰り返しパターンに光源からの光を照射する照明光学系と、
   前記繰り返しパターンに起因して生じた複数次数の回折光による、前記対物レンズの瞳面の像を検出する検出光学系と、
   得られた前記瞳像から前記基板の繰り返しパターンの欠陥を検出する検出部と、
   を有し、
   前記照明光学系は、前記瞳面と共役な位置に配置された開口絞りと、前記開口絞りと前記対物レンズとの間に配置された偏光素子と、を含み、
   前記開口絞りの開口部は、前記照明光学系の光軸に直交する面内において、前記偏光素子を経た前記光が前記繰り返しパターンに対して前記繰り返しパターンからの正反射光の強度が最小となる角度で入射するように、その位置が変更可能に構成されてなることを特徴とする欠陥検査装置。
2. 前記偏光子は、前記光軸回りに回転させることにより、直線偏光の偏光方向を変化可能に構成され、
   前記検出部は、第１の偏光方向の前記光による前記瞳面の像の輝度値と、前記第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向の前記光による前記瞳面の像の輝度値と、から補正された輝度値を算出し、当該補正された輝度値により前記基板の繰り返しパターンの欠陥を検出するように構成された請求項１に記載の欠陥検査装置。
3. 前記第１の偏光方向はＰ偏光及びＳ偏光のいずれか一方であり、前記第２の偏光方向はＰ偏光及びＳ偏光の他方であって、
   前記検出部は、前記Ｐ偏光による前記瞳面の像の前記輝度値をＥｐとし、前記Ｓ偏光による前記瞳面の像の前記輝度値をＥｓとし、定数をα，β，γとし、前記瞳面の像の補正後の輝度値をＥ′としたとき、次式
   Ｅ′ ＝ α×（β×Ｅｐ−γ×Ｅｓ）
   により前記補正後の輝度値を算出するように構成された請求項２に記載の欠陥検査装置。
4. 前記照明光学系は、前記基板に形成された繰り返しパターンに照射される前記光源からの光の波長域を選択する波長選択部を有する請求項１〜３いずれか一項に記載の欠陥検査装置。
5. 繰り返しパターンが形成された基板の欠陥を検査する欠陥検査方法であって、
   対物レンズを含む照明光学系を介して前記基板に形成された繰り返しパターンに対して所定の直線偏光からなる光を、前記繰り返しパターンからの正反射光の強度が最小となる角度で照射する照明工程と、
   前記繰り返しパターンに起因して生じた複数次数の回折光による、前記対物レンズの瞳面の像を検出する撮像工程と、
   得たれた前記瞳像から前記基板の繰り返しパターンの欠陥を検出する検出工程と、
   を有することを特徴とする欠陥検査方法。
6. 前記偏光子は、光軸回りに回転させることにより、直線偏光の偏光方向を変化可能に構成され、
   前記検出工程は、第１の偏光方向の前記光による前記瞳面の像の輝度値と、前記第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向の前記光による前記瞳面の像の輝度値と、から補正された輝度値を算出し、当該補正された輝度値により前記基板に形成された繰り返しパターンの欠陥を検出するように構成された請求項５に記載の欠陥検査方法。
7. 前記第１の偏光方向はＰ偏光及びＳ偏光のいずれか一方であり、前記第２の偏光方向はＰ偏光及びＳ偏光の他方であって、
   前記検出工程は、前記Ｐ偏光による前記瞳面の像の前記輝度値をＥｐとし、前記Ｓ偏光による前記瞳面の像の前記輝度値をＥｓとし、定数をα，β，γとし、前記瞳面の像の補正後の輝度値をＥ′としたとき、次式
   Ｅ′ ＝ α×（β×Ｅｐ−γ×Ｅｓ）
   により前記補正後の輝度値を算出するように構成された請求項６に記載の欠陥検査方法。
8. 前記照明光学系は、前記基板に形成された繰り返しパターンに照射される前記光の波長域を選択する波長選択部を有し、前記照明工程において前記光の波長域を選択して前記基板に形成された繰り返しパターンに照射する請求項５〜７いずれか一項に記載の欠陥検査方法。

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